化学家为生物成像创造了圆形荧光染料

俄勒冈大学的化学家们创造了一种新的荧光染料，它们在水中发挥作用，仅根据碳和氢制成的圆形纳米管的直径发出颜色。

这个由6名成员组成的研究小组在8月30日在线发表于ACS Central Science杂志上的一篇开放获取论文中报道了这一发现，目前正在探索其在生物成像中的潜在用途。

该论文详细介绍了合成的有机分子(称为纳米鞘，最初不是水溶性的)是如何用化学侧链操纵的，以使它们通过细胞膜并保持其在活细胞内的颜色。

多年来，参与生物研究和医学诊断的科学家依赖于称为荧光团的化学化合物，其具有扁平结构并在光激发时发出不同的颜色，以标记特定的生物分子。圆形结构提供新荧光特性的潜力远没有那么深入。

研究报告的共同作者，UO部门教授拉梅什·贾斯蒂(Ramesh Jasti)说，Nanohoops是碳纳米管的短圆形切片，可以允许使用由单次激发触发的多种荧光颜色，同时跟踪活细胞中的多种活动。化学与生物化学学士，材料科学研究所成员。

“纳米球的荧光调节方式与大多数常见的荧光团不同，这表明在传感应用中使用这些纳米氧染料有独特的机会，”共同作者迈克尔普鲁斯说，他也是UO化学和生物化学系的教授。“这些染料在很宽的pH值范围内保持荧光，使它们在各种酸性和碱性条件下都能发挥功能和稳定的荧光团。”

Jasti和Pluth实验室的研究人员合作进行了这项研究，该研究由国家科学基金会，国立卫生研究院，斯隆基金会和卡米尔以及亨利德雷福斯基金会资助。

Jasti说，nanohoops具有精确的原子组成。一旦化学侧链由该研究的主要作者，Jasti实验室的博士生Brittany M. White设计，纳米蹄就变得可溶并通过细胞膜自由通过，但没有进入特定的位置。

“像这些纳米穗的圆形结构比水平介质更好地溶解在水性介质中，”Jasti说。“我们只是通过这样做来解决这个问题。它不是计划的一部分。我们只是想以超纯的方式制造碳纳米结构。它们产生的不同尺寸的明亮排放刚刚发生。这是一种纳米级现象。”

下一步，共同作者，在Pluth实验室的博士后研究员Yu Zhao，探讨了纳米鞘在细胞内的位置，以及它们是否可以被引导到细胞内的特定位点。添加的含有叶酸的侧链导致纳米棒进入癌细胞。

“这一成功告诉我们，这些纳米穗可以被贩运到不同类型的细胞甚至细胞内的细胞室，”Jasti说。“这也表明它们可能用于医疗诊断甚至药物输送，因为我们的nanohoops可以轻松携带将进入特定位置的小隔间。”

他补充说，纳米鞘的毒性水平与传统使用的荧光染料没有什么不同。

在一项新资助的项目中，Jasti正与波特兰俄勒冈健康与科学大学生物医学工程系的Xiaolin Nan合作，开始在生物成像中使用纳米鞘。该项目是2018年OHSU-UO协同种子补助计划资助的10个项目。Pluth是该计划中单独种子补助金的接受者。

研究报告的共同作者，UO的化学和生物化学荣誉教授，OHSU奈特癌症早期检测高级研究中心的杰出科学家，研究报告的共同作者Bruce P. Branchaud说：“我们之前在染料化学领域看不到这些纳米棒。”癌症研究所。

“所有其他染料都是扁平的，而这些纳米穗是非平面圆形，”他说。“它们独特的结构提供了我们打算开发和利用的独特性质，为化学生物学，生物技术，生物医学和医学做出了重大贡献。”